CN109226612B - 一种42CrMo钢离心铸坯环件热辗扩裂纹的控制方法 - Google Patents
一种42CrMo钢离心铸坯环件热辗扩裂纹的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种42CrMo钢离心铸坯环件热辗扩裂纹的控制方法，属于环件成形技术领域，其特征在于包括以下工艺步骤：1）电磁离心浇铸42CrMo钢环坯：在无磁铸铁铸型外部沿四周加恒稳磁场，磁场强度为0.1~0.5T，铸型转速为320~360r/min，金属液浇铸温度为1520~1540℃，浇铸速度为23.7~26.4kg/s；2）离心铸环坯双级均匀化处理；3）离心铸环坯热辗扩：进给速度由不同阶段的壁厚减薄量和高度增加量确定，从表层至中层采用逐渐增大的冷却喷水流量，冷却喷水流量为30~35m3/h；4）辗扩后环件多级冷却处理。本发明优点是能够减小合金元素偏析，消除裂纹缺陷，改善组织均匀性和力学性能。
Description
技术领域
本发明属于环件成形技术领域，具体涉及一种42CrMo钢离心铸坯环件热辗扩裂纹的控制方法。
背景技术
环形零件如轴承套圈和法兰等作为关键连接、支承和传动构件在航空航天、风电、船舶和汽车等重大高端技术领域得到广泛应用。中国发明专利申请号：201010132486.6，名称“一种金属环件短流程铸辗复合成形的方法”以钢液精炼、离心铸造出的环形毛坯直接进行热辗扩加工，与传统环件生产工艺相比，其工艺流程为合金冶炼—浇注钢锭—加热—开坯—下料—加热—镦粗—冲孔—加热—辗扩，具有节约能源、节省设备投资、材料利用率高和生产效率高等突出优点。然而，采用铸辗复合成形工艺生产环件时，离心铸坯的宏观外形尺寸成形和内部微观组织改性均集中在热辗扩过程中完成，如果铸坯的性能质量低下和辗扩工艺参数的设置不合理会导致成品环件的内部出现裂纹等缺陷。
42CrMo钢热辗扩成形环件的裂纹产生原因有三种：一是离心铸造过程合金元素在离心力的作用下向环坯外层发生偏聚，导致环坯的中层为重金属合金元素和轻金属元素的交界、融合区域，往往出现应力集中、疏松、空洞和宏观偏析等缺陷；二是热辗扩过程中不合理的径向和轴向进给速度与进给量分配，导致环坯在反复的压应力与拉应力作用下出现裂纹缺陷；三是热辗扩后环件的冷却方式不对，环件的壁厚较大时出现内、外层冷却不均，也会导致裂纹的产生。然而，现有技术并没有提供有效的环件铸辗复合成形裂纹控制和消除方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种42CrMo钢离心铸坯环件热辗扩裂纹的控制方法，可以有效克服现有技术的缺点。
本发明目的是这样实现的，其特征在于包括以下工艺步骤：
（1）电磁离心浇铸42CrMo钢环坯：在无磁铸铁铸型外部沿四周加恒稳磁场，磁场强度为0.1~0.5T，铸型转速为320~360r/min，金属液浇铸温度为1520~1540℃，浇铸速度为23.7~26.4kg/s；
（2）离心铸环坯双级均匀化处理：首先加热至1100~1150℃保温6~8h，然后继续升温至1200~1250℃保温8~10h；
（3）离心铸环坯热辗扩：将在1200~1250℃均匀化处理的离心铸环坯冷却至1130~1180℃，达到保温2~3h后立即转运至数控径轴向辗环机上进行热辗扩，径向和轴向进给速度分别由不同阶段的径向壁厚减薄量和轴向高度增加量确定：第一阶段径向壁厚减薄量为B/2~3B/5，芯辊进给速度为2.8~3.2mm/s，上端面锥辊进给速度为1.1~1.5mm/s，第二阶段径向壁厚减薄量为B/3~2B/5，芯辊进给速度为2.2~2.6mm/s，上端面锥辊进给速度为0.8~1.1mm/s，第三阶段径向壁厚减薄量为B/6~B/4，芯辊进给速度为1.5~1.8mm/s，上端面锥辊进给速度为0.6~0.8mm/s，其中B为环件的径向壁厚，径向孔型和轴向孔型出口处在环件的上、下端面位置沿径向壁厚方向布置冷却水喷嘴，从表层至中层采用逐渐增大的冷却喷水流量，冷却喷水流量为30~35m3/h，水温为25℃，控制热辗扩结束时环件表面温度为830~850℃，沿环件径向壁厚的温差不超过10℃；
（4）辗扩后环件多级冷却处理：控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为80~90m3/h，水温为25℃，使环件表面温度降至550~570℃，表层与中层区域的温差不超过5℃，然后控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为65~70m3/h，使环件表面温度降至320~350℃，表层与中层区域的温差不超过5℃，最后控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为110~130m3/h，使环件表面温度降至室温，表层与中层区域的温度相等。
本发明的优点及有益效果是：本发明的离心铸环坯在离心力和外加磁场的作用下能够减少合金元素偏析和宏观偏析，避免应力集中，径向和轴向进给速度的合理匹配、以及分层冷却速度的精准控制可以消除偏析和内外温度梯度引起的内裂纹缺陷，并且使辗扩成形环件得到等轴状、均匀分布的细晶组织，改善环件全厚度区域的力学性能。
附图说明
图1为42CrMo钢离心铸环坯的热辗扩示意图；
图2为离心铸造的42CrMo钢环坯尺寸标识图；
图3为热辗扩成形的42CrMo钢环件尺寸标识图。
图中：1—驱动辊，2—导向辊，3—离心铸环坯，4—芯辊，5—端面锥辊，6—环件。
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对42CrMo钢环件铸辗复合成形过程的裂纹控制方法作进一步详细说明，设定热辗扩成形的42CrMo钢环件的尺寸为：外径D=330mm、内径d=270mm、高度H=50mm、壁厚B=30mm；设定所需42CrMo钢离心铸造环坯的尺寸为：外径D 0=240mm、内径d 0=120mm、高度H 0=45mm、壁厚B 0=60mm，如图1~3所示，其裂纹控制的工艺步骤是：
（1）电磁离心浇铸42CrMo钢环坯：在无磁铸铁铸型外部沿四周加恒稳磁场，磁场强度为0.4T，铸型转速为360r/min，金属液浇铸温度为1530℃，浇铸速度为26.4kg/s；
（2）离心铸环坯双级均匀化处理：首先加热至1140℃保温8h，然后继续升温至1240℃保温10h；
（3）离心铸环坯热辗扩：将在1240℃均匀化处理的离心铸环坯冷却至1160℃，达到保温2.5h后立即转运至数控径轴向辗环机上进行热辗扩，径向和轴向进给速度分别由不同阶段的径向壁厚减薄量和轴向高度增加量确定：第一阶段径向壁厚减薄量为B/2~3B/5，芯辊进给速度为2.8~3.2mm/s，上端面锥辊进给速度为1.1~1.5mm/s，第二阶段径向壁厚减薄量为B/3~2B/5，芯辊进给速度为2.2~2.6mm/s，上端面锥辊进给速度为0.8~1.1mm/s，第三阶段径向壁厚减薄量为B/6~B/4，芯辊进给速度为1.5~1.8mm/s，上端面锥辊进给速度为0.6~0.8mm/s，其中B为环件的径向壁厚，径向孔型和轴向孔型出口处在环件的上、下端面位置沿径向壁厚方向布置冷却水喷嘴，从表层至中层采用逐渐增大的冷却喷水流量，冷却喷水流量为30~35m3/h，水温为25℃，控制热辗扩结束时环件表面温度为830~850℃，沿环件径向壁厚的温差不超过10℃；
（4）辗扩后环件多级冷却处理：控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为80~90m3/h，水温为25℃，使环件表面温度降至550~570℃，表层与中层区域的温差不超过5℃，然后控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为65~70m3/h，使环件表面温度降至320~350℃，表层与中层区域的温差不超过5℃，最后控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为110~130m3/h，使环件表面温度降至室温，表层与中层区域的温度相等。
Claims (1)
1.一种42CrMo钢离心铸坯环件热辗扩裂纹的控制方法，其特征在于按以下工艺步骤实现：
（1）电磁离心浇铸42CrMo钢环坯：在无磁铸铁铸型外部沿四周加恒稳磁场，磁场强度为0.1~0.5T，铸型转速为320~360r/min，金属液浇铸温度为1520~1540℃，浇铸速度为23.7~26.4kg/s；
（2）离心铸环坯双级均匀化处理：首先加热至1100~1150℃保温6~8h，然后继续升温至1200~1250℃保温8~10h；
（3）离心铸环坯热辗扩：将在1200~1250℃均匀化处理的离心铸环坯冷却至1130~1180℃，达到保温2~3h后立即转运至数控径轴向辗环机上进行热辗扩，径向和轴向进给速度分别由不同阶段的径向壁厚减薄量和轴向高度增加量确定：第一阶段径向壁厚减薄量为B/2~3B/5，芯辊进给速度为2.8~3.2mm/s，上端面锥辊进给速度为1.1~1.5mm/s，第二阶段径向壁厚减薄量为B/3~2B/5，芯辊进给速度为2.2~2.6mm/s，上端面锥辊进给速度为0.8~1.1mm/s，第三阶段径向壁厚减薄量为B/6~B/4，芯辊进给速度为1.5~1.8mm/s，上端面锥辊进给速度为0.6~0.8mm/s，其中B为环件的径向壁厚，径向孔型和轴向孔型出口处在环件的上、下端面位置沿径向壁厚方向布置冷却水喷嘴，从表层至中层采用逐渐增大的冷却喷水流量，冷却喷水流量为30~35m3/h，水温为25℃，控制热辗扩结束时环件表面温度为830~850℃，沿环件径向壁厚的温差不超过10℃；
（4）辗扩后环件多级冷却处理：控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为80~90m3/h，水温为25℃，使环件表面温度降至550~570℃，表层与中层区域的温差不超过5℃，然后控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为65~70m3/h，使环件表面温度降至320~350℃，表层与中层区域的温差不超过5℃，最后控制沿环件径向壁厚的冷却喷水流量为110~130m3/h，使环件表面温度降至室温，表层与中层区域的温度相等。
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